Kako se cikloheksanon proizvaja industrijsko? Proizvodne poti, procesi in aplikacije

Industrijsko se cikloheksanon večinoma proizvaja z oksidacijo cikloheksana, ki daje mešanico cikloheksanol-cikloheksanona, znano kot olje KA, čemur sledi ločevanje in čiščenje. Druge komercialne poti vključujejo hidrogeniranje fenola in redkeje postopke na osnovi cikloheksena-. Razumevanje, kako se proizvaja cikloheksanon, je pomembno za kupce, ker uporabljeni proizvodni proces cikloheksanona neposredno vpliva na čistost, ceno in zanesljivost dobave - izbira poti je odvisna od stroškov surovine, želene čistosti in ali proizvajalec proizvaja tudi adipinsko kislino ali kaprolaktam v nadaljevanju.

Kaj je cikloheksanon?

• Kemijsko ime: Cikloheksanon
• Številka CAS: 108-94-1
• Molekulska formula: C₆H₁₀O
• Molekulska masa:98,14 g/mol
• Fizična oblika:Brezbarvna do bledo{0}}rumena oljnata tekočina z vonjem po acetonu/poprovi meti-
• Glavne aplikacije:Predhodnik kaprolaktama (za najlon 6) in adipinske kisline (za najlon 66), industrijsko topilo in surovina za premaze, lepila in druge kemične intermediate

Kako se cikloheksanon proizvaja industrijsko?

Komercialno se uporabljajo tri glavne poti, ki v praksi niso medsebojno zamenljive - vsaka je povezana z drugo dobavno verigo surovin in strukturo stroškov.

1. Postopek oksidacije cikloheksana (najpogostejša pot)

To je prevladujoča industrijska metoda, zlasti tam, kjer se cikloheksanon proizvaja poleg adipinske kisline ali kaprolaktama v integriranih obratih za proizvodnjo najlona. Proizvodnja cikloheksanona iz cikloheksana prek te oksidacijske poti predstavlja večino svetovne zmogljivosti sinteze cikloheksanona.

Potek procesa:

Cikloheksan
↓
Oksidacija zraka/kisika (kobaltov ali manganov katalizator, 150–160 stopinj, ~0,9–1,0 MPa)
↓
KA Oil (mešanica cikloheksanola + cikloheksanona)
↓
Destilacija/ločevanje
↓
Cikloheksanon (prečiščen)

Reakcija:

C₆H₁₂ + O₂ → C₆H₁₀O + H₂O

V praksi reakcija proizvede skupaj cikloheksanol in cikloheksanon - ta zmes se imenujeKA olje(keton-alkoholno olje). Oksidacija se izvaja v nizu reaktorjev tekoče-faze z uporabo topnega kobaltovega katalizatorja (kot je kobaltov naftenat ali kobaltov oktoat), s predhodno-segretim stisnjenim zrakom, ki se vbrizga za dovajanje kisika. Ključna delovna omejitev: pretvorba cikloheksana se namerno vzdržuje pod približno 10 % na prehod, ker potiskanje pretvorbe višje poslabša selektivnost - želeni produkti so manj toplotno stabilni kot začetni cikloheksan, zato presežna pretvorba ustvari več neželenih stranskih-produktov kot več olja KA. To ohranja skupno selektivnost KA okoli 80 %, nezreagirani cikloheksan pa se reciklira nazaj v vir.

Zakaj ta pot industrijsko prevladuje:

• Poceni surovina- Cikloheksan je sorazmerno poceni-cenovna,-petrokemična surovina, ki se običajno proizvaja s hidrogeniranjem benzena.
• Proizvodnja-velikega obsega- Postopek se dobro spreminja in je zelo-primeren za neprekinjeno delovanje z visoko-prepustnostjo.
• Obstoječa infrastruktura- Desetletja nameščene zmogljivosti, zlasti na mestih, kjer že proizvajajo adipinsko kislino ali kaprolaktam, pomenijo, da je to pot najmanjšega odpora za širitev ali nove zmogljivosti v integriranih najlonskih dobavnih verigah.

2. Pot hidrogeniranja fenola

Potek procesa:

fenol
↓
Hidrogeniranje (katalizator-na osnovi paladija, ~140 stopinj)
↓
Cikloheksanol (ali neposredno na cikloheksanon v eno-stopenjskih konfiguracijah)
↓
Dehidrogenacija (če je dvo-stopenjska)
↓
Cikloheksanon

Ta pot lahko poteka kot eno-stopenjski postopek (fenol hidrogeniran neposredno v cikloheksanon) ali dvo-stopenjski postopek (fenol → cikloheksanol → dehidrogenacija → cikloheksanon), odvisno od katalizatorja in zasnove reaktorja. Katalizatorji na osnovi paladija-lahko dosežejo izkoristek cikloheksanona nad 90 % pri hidrogeniranju z enim-reaktorjem, z optimalnim molskim razmerjem-in-fenolom okoli 2,1 za proizvodnjo ekvivalenta KA-olja-.

Prednosti:

Visoka čistost- Na splošno velja za čistejši postopek z višjo selektivnostjo kot oksidacija cikloheksana, saj se izogne ​​širšemu -širjenju stranskih produktov, ki izhaja iz radikalno-posredovane oksidacije cikloheksana.

Omejitve:

Višji stroški surovin- Fenol je na splošno dražji od cikloheksana, njegova cena pa je vezana na kumenski postopek (benzen + propilen → kumen → fenol + aceton prek Hockovega postopka), kar doda sloj izpostavljenosti trga surovin, ki ga oksidacija cikloheksana nima v enaki meri.

3. Pot-na osnovi cikloheksena

Potek procesa:

Cikloheksen (iz selektivnega hidrogeniranja benzena)
↓
Hidracija
↓
cikloheksanol
↓
Dehidrogenacija
↓
Cikloheksanon

Ta pot se začne s cikloheksenom, ki je sam proizveden z delnim (selektivnim) hidrogeniranjem benzena -, kar je bolj zapleten prvi korak kot preprosto popolno hidrogeniranje benzena v cikloheksan, ki pa odpre drugačno reakcijsko pot. Cikloheksen se hidrira v cikloheksanol, ki se nato dehidrogenira v cikloheksanon.

Značilnosti:

• Alternativna pot- Svetovno manj razširjen kot oksidacija cikloheksana, vendar se uporablja komercialno, zlasti v postopkih, razvitih za neposredno proizvodnjo najlonskih vmesnih proizvodov.
• Boljša selektivnost- Lahko nudi izboljšane profile selektivnosti v primerjavi z neposredno oksidacijo cikloheksana, saj se izogne ​​nekaterim stranskim-verižnim stranskim reakcijam radikalov, ki so del tega procesa.

Diagram poteka proizvodnega procesa cikloheksanona

Najpogostejša komercialna pot, oksidacija cikloheksana, sledi temu splošnemu zaporedju:

Cikloheksan
|
Oksidacijski reaktor
(Co/Mn katalizator, 150-160 stopinj, zrak/O2)
|
KA olje
(cikloheksanol + cikloheksanon)
|
Ločitev
|
Destilacija
|
Cikloheksanon
(prečiščen izdelek)

Kjer je cikloheksanon končni ciljni produkt (in ne vmesni produkt na poti do adipinske kisline), se cikloheksanolna frakcija olja KA običajno katalitično dehidrogenira, da se pretvori v dodaten cikloheksanon, kar poveča izkoristek želenega ketona, namesto da bi cikloheksanol obravnaval kot so-produkt.

Primerjava industrijskih proizvodnih poti cikloheksanona

Branje te tabele v kontekstu je pomembnejše od posameznih celic:najboljša metoda proizvodnje cikloheksanona je v celoti odvisna od tega, kaj še proizvaja proizvajalec.Mesto, integrirano s proizvodnjo adipinske kisline ali kaprolaktama, bo skoraj vedno naklonjeno oksidaciji cikloheksana, ker je olje KA skupna surovina za cikloheksanon in adipinsko kislino, kapital pa je že na mestu. Samostojni proizvajalec cikloheksanona brez te nadaljnje integracije ali tisti, ki daje prednost čistosti za farmacevtske ali posebne -topilne aplikacije, bo bolj verjetno razmislil o hidrogeniranju fenola kljub višjim stroškom surovine.

Zakaj je oksidacija cikloheksana prevladujoča industrijska metoda?

Poleg že opisanih prednosti-na ravni procesa nekaj strukturnih dejavnikov pojasnjuje, zakaj ima ta pot večino svetovne proizvodne zmogljivosti:

• Stroški- Cikloheksan je petrokemikal v razsutem stanju z-uveljavljenimi, konkurenčnimi cenami, za razliko od fenola, ki nosi dodatno ceno, povezano z ekonomiko so-proizvodnje kumena in acetona.
• Razpoložljivost- Cikloheksan se proizvaja v velikem obsegu posebej za napajanje te verige z zanesljivo globalno oskrbo.
• Lestvica- Postopek je dokazan pri zelo velikih zmogljivostih posameznega-sistema, kar znižuje stroške kapitala na-enoto za glavne proizvajalce.
• Obstoječa industrija najlona 6/najlona 66- Večina svetovnih zmogljivosti za cikloheksanon je na integriranih lokacijah ali blizu njih, ki že porabljajo olje KA za adipinsko kislino (najlon 66) ali usmerjajo cikloheksanon naprej v kaprolaktam (najlon 6), tako da pot oksidacije krepi obstoječe kapitalske naložbe, namesto da bi zahtevala ločeno dobavno verigo fenola.

Vloga cikloheksanona v proizvodnji najlona 6

To je največje povpraševanje po cikloheksanonu na svetovni ravni in vredno je razumeti celotno verigo:

Cikloheksan
↓
Cikloheksanon
↓
Cikloheksanon oksim (reakcija s hidroksilaminom)
↓
Beckmannova preureditev
↓
Kaprolaktam
↓
Najlon 6

Cikloheksanon se najprej pretvori v cikloheksanon oksim z reakcijo s hidroksilaminom (ali soljo hidroksilamina). Oksim je nato podvrženBeckmannova preureditev- kislinsko-katalizirana reakcija, ki reorganizira oksim v sedem{2}}členski laktamski obroč, kaprolaktam. Kaprolaktam se nato-polimerizira za proizvodnjoNajlon 6, eno najbolj razširjenih sintetičnih vlaken in inženirske plastike na svetu.

Treba je omeniti vzporedno verigo za najlon 66: v tem primeru se celotna oljna mešanica KA (tako cikloheksanol kot cikloheksanon) dodatno oksidira, običajno z dušikovo kislino, daadipinska kislina, ki se nato kombinira s heksametilendiaminom, da proizvede najlon 66. Zato integrirana mesta za oksidacijo cikloheksana-pogosto proizvajajo cikloheksanon (za verigo najlona 6) in adipinsko kislino (za verigo najlona 66) iz istega toka olja KA, pri čemer prilagodijo delitev glede na povpraševanje na trgu za vsako vrsto najlona.

Industrijska uporaba cikloheksanona

• Proizvodnja najlona- Primarna uporaba kot predhodnik kaprolaktama (najlon 6) in, prek olja KA, adipinske kisline (najlon 66).
• Topilo- Uporablja se kot močno topilo za smole, lake in različne polimere, zlasti tam, kjer je potrebna dobra topljivost za polarne in ne-polarne materiale.
• Premazi- Pogosta komponenta topila v industrijskih premazih in formulacijah barv, cenjena zaradi svoje stopnje izhlapevanja in profila topljivosti.
• Lepila- Uporablja se v formulacijah lepil, zlasti kjer pomaga pri raztapljanju ali aktiviranju polimernih komponent.
• Kemijski intermediati- Surovina za različne kemične sinteze na koncu najlonske verige.

Zahteve glede kakovosti cikloheksanona za industrijske kupce

Čistost in konsistenca sta zelo pomembni za nadaljnjo obdelavo, saj lahko nečistoče motijo ​​reakcije oksimacije in polimerizacije. Tipične industrijske specifikacije vključujejo:

Cikloheksanon je razvrščen kot vnetljiva tekočina (plamenišče okoli 44 stopinj) in se običajno pošilja v 55-galonskih (208 L) jeklenih sodih, vagonih cisternah ali tovornjakih cisternah. Ni jedko in za prevoz ali skladiščenje na splošno ni potrebno pokrivanje z inertnim-plinom, vendar mora biti še vedno označen kot vnetljiv/vnetljiv material in shranjen stran od vročine, isker in odprtega ognja.

Kako izbrati zanesljivega dobavitelja cikloheksanona?

Za industrijske kupce, zlasti tiste, ki na koncu dobave dobavljajo najlon ali posebne kemične postopke, mora preverjanje dobaviteljev preseči ceno:

• Potrdilo o analizi (COA)- Vsaka serija mora biti poslana s potrdilom o originalnosti, ki potrjuje specifikacije čistosti, vsebnosti vode, kislosti in barve glede na zahtevano stopnjo.
• Varnostni list (SDS)- Trenutna dokumentacija SDS za skladnost z rokovanjem, skladiščenjem in transportom.
• Tehnični list (TDS)- Podrobni podatki o fizikalnih/kemičnih lastnostih, specifični za dobaviteljev razred izdelka.
• ISO certifikat- Certifikat upravljanja kakovosti ISO 9001 (ali enakovreden) kaže na bolj dosleden nadzor kakovosti od-do-serij.
• Izvozne izkušnje- Evidenca mednarodnega pošiljanja, carinska dokumentacija in skladnost s predpisi o kemikalijah na ciljnem{1}}tržišču (npr. REACH za EU).
• Pakiranje- Potrdite, da se možnosti soda, IBC, rezervoarja ISO ali razsutega tovora ujemajo z vašimi zahtevami glede prostornine in zmogljivostjo shranjevanja/ravnanja.

Pogosto zastavljena vprašanja

Kako se cikloheksanon proizvaja industrijsko?

Predvsem s katalitično zračno oksidacijo cikloheksana, ki proizvede mešanico cikloheksanol-cikloheksanona (KA olje), ki se nato loči in prečisti. Hidrogeniranje fenola in poti, ki temeljijo na -cikloheksenu, se uporabljajo kot alternativne komercialne metode, zlasti tam, kjer je prednostna naloga večja čistost ali drugačna ekonomika surovin.

Kaj je glavna surovina za cikloheksanon?

Cikloheksan je globalno prevladujoča surovina po poti oksidacije. Fenol je glavna surovina za alternativno pot hidrogeniranja.

Je cikloheksanon narejen iz benzena?

Posredno, da. Pri prevladujoči poti se benzen najprej hidrogenira v cikloheksan, ki se nato oksidira v cikloheksanon (prek olja KA). Pri poti, ki temelji na cikloheksenu-, se benzen delno (selektivno) hidrogenira v cikloheksen in ne v celoti v cikloheksan, nato pa se hidrira in dehidrira v cikloheksanon. Pri fenolni poti se benzen običajno pretvori v kumen, nato v fenol, preden se hidrogenira v cikloheksanon.

Kaj je olje KA pri proizvodnji cikloheksanona?

KA olje ("keton-alkoholno" olje) je mešani proizvodni tok cikloheksanola/cikloheksanona, ki nastane s katalitično zračno oksidacijo cikloheksana. Z destilacijo se loči na njegove sestavne spojine in vsak cikloheksanol, namenjen za proizvodnjo cikloheksanona, se običajno dodatno dehidrogenira, da se poveča skupni izkoristek cikloheksanona.

Kakšno je razmerje med cikloheksanonom in kaprolaktamom?

Cyclohexanone is the direct precursor to caprolactam. It's converted to cyclohexanone oxime (via reaction with hydroxylamine), which then undergoes the Beckmann rearrangement to form caprolactam - the monomer that's ring-opening polymerized to produce Nylon 6.

Katera metoda se najpogosteje uporablja za proizvodnjo cikloheksanona?

Oksidacija cikloheksana v olje KA je najbolj razširjena komercialna metoda po vsem svetu, predvsem zaradi nižjih stroškov surovine in njene integracije z obstoječo infrastrukturo za proizvodnjo adipinske kisline in kaprolaktama.

Je proizvodnja cikloheksanona okolju prijazna?

Tako kot pri večini-petrokemičnih procesov v velikem obsegu ima tudi proizvodnja cikloheksanona okoljske vidike, povezane z porabo energije, emisijami HOS in upravljanjem stranskih-proizvodov (zlasti zaradi nižje selektivnosti poti oksidacije na-prehod). Proizvajalci to obvladujejo z recikliranjem katalizatorjev, predelavo stranskih-izdelkov in nadzorom emisij, vendar nobena večja komercialna pot nima "brez-vpliva" - kupci s posebnimi okoljskimi zahtevami glede virov bi morali neposredno vprašati dobavitelje o njihovi procesni poti in podatkih o emisijah, namesto da domnevajo na podlagi splošnih trditev industrije.